1、課程設(shè)計(jì)數(shù)字原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系- 0 - / 26摘 要- 2 -Abstract- 2 -1 背景知識(shí)- 3 -1.1 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)- 3 -1.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)- 3 -1.2.1 基本原理- 3 -1.2.2 2ASK實(shí)際應(yīng)用價(jià)值- 5 -1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介- 5 -1.3.1 MATLAB簡(jiǎn)介- 5 -1.3.2 Simulink簡(jiǎn)介- 5 -2 2ASK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)- 6 -2.1 2ASK相干解調(diào)設(shè)計(jì)框圖- 6 -2.2 應(yīng)用Simulink進(jìn)行2ASK相干解調(diào)仿真框圖- 6 -

2、2.3 選用模塊以及參數(shù)設(shè)定3- 7 -2.4 MATLAB編程3- 12 -3 仿真結(jié)果- 19 -3.1 Simulink仿真波形- 19 -3.2 Simulink仿真波形的分析- 20 -3.3 編程呈現(xiàn)的波形- 20 -心得體會(huì)- 22 -致 謝- 22 -參考文獻(xiàn)- 22 -摘 要調(diào)制解調(diào)技術(shù)作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，一直是備受關(guān)注。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是一種古老的調(diào)制方式，也是各種數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)2ASK仿真系統(tǒng)。用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，以及加上噪聲源后的波形變化。通過(guò)Simulink的仿真功能

3、摸擬到了實(shí)際中的2ASK調(diào)制與解調(diào)情況。關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào); 2ASK仿真系統(tǒng)；SimulinkAbstractAs one of the key technologies in modern communication system of modulation and demodulation technology, has been paid much attention. The binary amplitude shift keying is a kind of ancient modulation, which is the basis of all kinds of digital

4、modulation. This design is mainly Simulink simulation platform based on MATLAB integrated environment, the design of a 2ASK simulation system. To observe the signal waveform modulation and the oscilloscope, plus noise source waveform changes. 2ASK modulation and demodulation of the simulation functi

5、on simulation by Simulink.Key Word: Modulation and demodulation; 2ASK simulation system; Simulink基于MATLAB的2ASK系統(tǒng)的研究與仿真1 背景知識(shí) 1.1 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。圖 1.1-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1Fig 1.1-1 The basic

6、 structure of digital modulation system數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。基本的三種數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。 1.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 1.2.1 基本原理振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞信息，而其頻率和初相位保持不變。在2ASK中，載波幅度只有兩種變化，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。2ASK信號(hào)其表達(dá)式是： (1.2.1-1)其中： （1.2.1-2）式中：Ts為碼元持續(xù)時(shí)間；g（t）為持續(xù)時(shí)間為T(mén)s的基帶脈沖波形。通常假設(shè)g(t)是高度為1、寬度為T(mén)s的矩形

7、脈沖；an是第n個(gè)符號(hào)的電平取值。 （1.2.1-3）2ASK信號(hào)產(chǎn)生通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖1.2.1-1所示。圖 1.2.1-1 模擬相乘法（上）數(shù)字鍵控法（下）1Fig 1.2.1-1 Analog multiplication ( on ) digital keying ( below)2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類(lèi)似。所以,對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法),其相應(yīng)原理方框圖如圖1.2.1-2所示。圖 1.2.1-2 非相干解調(diào)方式（a）相干解調(diào)方式（b）1Fig 1.2.1-2 non-coherent

8、 demodulation ( a ) coherent demodulation method ( b ) 1.2.2 2ASK實(shí)際應(yīng)用價(jià)值2ASK是20世紀(jì)初最早運(yùn)用于無(wú)線電報(bào)中的數(shù)字調(diào)制方式之一。但是ASK傳輸技術(shù)受噪聲影響很大。噪聲電壓和信號(hào)一起改變了振幅。在這種情況下，“0”可能變?yōu)椤?”，“1”可能變?yōu)椤?”。由于ASK是受噪聲影響很大的調(diào)制技術(shù)，現(xiàn)已很少應(yīng)用，不過(guò)，2ASK常常作為研究其他數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)，因此了解它很必要。 1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)簡(jiǎn)介 1.3.1 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MathWorks公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各

9、種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計(jì)算工具。它集圖示和精確計(jì)算于一身，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機(jī)電工程、醫(yī)藥、金融和其他需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它不僅是一個(gè)在各類(lèi)工程設(shè)計(jì)中便于使用的計(jì)算工具，而且也是一個(gè)在數(shù)學(xué)、數(shù)值分析和工程計(jì)算等課程教學(xué)中的優(yōu)秀的教學(xué)工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類(lèi)工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機(jī)和大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適用于Windows、UNIX等各種系統(tǒng)平臺(tái) 1.3.2 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)

10、程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率

11、系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。2 2ASK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 2.1 2ASK相干解調(diào)設(shè)計(jì)框圖帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出 2.2 應(yīng)用Simulink進(jìn)行2ASK相干解調(diào)仿真框圖 2.3 選用模塊以及參數(shù)設(shè)定31伯努利二進(jìn)制發(fā)生器模塊 ernoulli Binary Generator的參數(shù)設(shè)置為：Probability of a zero 概率設(shè)為0.5，

12、initial seed設(shè)為61， Sample time抽樣時(shí)間為1S。2正弦波 Sine Wave的參數(shù)設(shè)置為：頻率設(shè)為60rad/sec。3乘法器 Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為2。4高斯白噪聲Gaussian Noise Generator模塊的設(shè)置為：Sample time抽樣時(shí)間為0.01s。5Sum模塊的參數(shù)設(shè)置為：sample time 設(shè)為-1。6帶通濾波器 Analog Filter Design模塊的參數(shù)設(shè)置為：filter order為 8，Lower passband edge frequency 為52,Upper passband edge fre

13、quency 為68。7相乘器 Product模塊的參數(shù)設(shè)置為：輸入端數(shù)量設(shè)為28低通濾波器 Analog Filter Design模塊的參數(shù)設(shè)置為：filter order為 8，passband edge frequency 為8。9示波器Scope的參數(shù)設(shè)定為：接口有6個(gè)，時(shí)間范圍是自動(dòng)調(diào)整。10抽樣判決器 其中constant的constant value參數(shù)設(shè)定為：0 2.4 MATLAB編程3clear; %清空Workspaceclc; %清空Command Windowclose all; %關(guān)閉所有窗口%-% 信號(hào)以及仿真相關(guān)參數(shù)的設(shè)置%-dt=0.001; %時(shí)間采樣間隔

14、，即仿真步長(zhǎng)fc=10; %載波中心頻率B_number = 10; %設(shè)碼元數(shù)目為10個(gè)T=5; %信號(hào)時(shí)長(zhǎng)N=T/dt; %采樣點(diǎn)數(shù)，即仿真點(diǎn)數(shù)B_Sample_Point = N/B_number; %一個(gè)碼元所對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)B_Sample_array = zeros(1,N); %建立一個(gè)碼元采樣的空數(shù)組t=0:dt:(N-1)*dt; %所有采樣點(diǎn)數(shù)的時(shí)間組成的數(shù)組，即模型中函數(shù)的自變量random_buffer = rand(1,B_number);%生成10個(gè)隨機(jī)數(shù)組for i=1:1:B_number %將10個(gè)碼元進(jìn)行歸一成二進(jìn)制0、1 if random_buffer(i

15、) < 0.5 random_buffer(i) = 0; else random_buffer(i) = 1; endendfor i = 1:1:B_number %產(chǎn)生基帶信號(hào) for j = 1:1:B_Sample_Point B_Sample_array(i-1)*B_Sample_Point + j) = random_buffer(i); endendCarrySignal = cos(2*pi*fc*t);%載波信號(hào)表達(dá)式%-% 2ASK調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生%-Signal_2ASK = CarrySignal .* B_Sample_array;%-% 進(jìn)行繪制調(diào)制曲線%-

16、figure('toolbar','none',. %設(shè)置是否顯示工具欄：否 'menu','none',. %設(shè)置是否顯示菜單欄：否 'name','2ASK調(diào)制過(guò)程',.%設(shè)置對(duì)話框名稱(chēng) 'NumberTitle','off',. %設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否 'color','w',. %設(shè)置背景顏色 'Resize','on'); %設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot(6,1,1); %圖形

17、分為6行1列，目前畫(huà)第一個(gè)plot(t,B_Sample_array,'r','linewidth',3); %畫(huà)出二進(jìn)制基帶信號(hào)hold on; grid on; %保持圖像，使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('二進(jìn)制基帶信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置axis(0,5,-0.2,1.2); %定義坐標(biāo)區(qū)間subplot(6,1,2); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第二個(gè)plot(t,CarrySignal,'r','linewidth&

18、#39;,2); %畫(huà)出載波信號(hào)hold on; %保持圖像，使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('載波信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置axis(0,5,-1.2,1.2); %定義坐標(biāo)區(qū)間subplot(6,1,3); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第三個(gè)plot(t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1.5); %畫(huà)出調(diào)制信號(hào)hold on; %保持圖像grid on; %顯示格點(diǎn)xlabel('時(shí)間/s');ylabel(&

19、#39;幅值/v');title('調(diào)制信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置axis(0,5,-1.2,1.2); %定義坐標(biāo)區(qū)間%-% 信道傳輸（加入噪聲）%-Gaussian_Noise = randn(1,N)/5; %加上高斯白噪聲Signal_2ASK = Signal_2ASK + Gaussian_Noise;subplot(6,1,4); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第四個(gè)plot(t,Gaussian_Noise,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v'

20、;);title('高斯噪聲');%簡(jiǎn)單的配置hold on; subplot(6,1,5); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第五個(gè)plot(t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('加噪調(diào)制信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置hold on; %-% 帶通濾波器%-Fp = 5;Rp = 3; %5 3Fs = 15;Rs = 60; %15 60Wp = 2*pi*Fp/800;%800Ws = 2*pi*Fs/80

21、0;n,Wp = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wp);BPF_ASK =filter(b,a,Signal_2ASK);%帶通濾波器輸出subplot(6,1,6); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第六個(gè)plot(t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('帶通濾波后的信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置hold on; %-% 相干解調(diào)%-Coherent_ASK = BPF_ASK.

22、*CarrySignal; %-% 低通濾波器%-Fp = 25;Rp = 3; %5 3Fs = 45;Rs = 50; %15 60Wp = 2*pi*Fp/10000;%800Ws = 2*pi*Fs/10000;n,Wp = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wp);Coherent_ASK = 0- Coherent_ASK;LPF_ASK=filter(b,a,Coherent_ASK);%低通濾波器輸出%-% 抽樣判決%-Judge_value = max(LPF_ASK)/2;Coherent_ASK_Out = zeros(1

23、,N);for i = 1:1:B_number %抽樣判決 if LPF_ASK( i*B_Sample_Point - B_Sample_Point/2 )> Judge_value Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=1;%判為1 else Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=0;%判為1 endend%-%繪制相干解調(diào)的波形%-figure(2); %打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure('toolbar'

24、,'none',. %設(shè)置是否顯示工具欄：否 'menu','none',. %設(shè)置是否顯示菜單欄：否 'name','2ASK相干解調(diào)過(guò)程',. %設(shè)置對(duì)話框名稱(chēng) 'NumberTitle','off',. %設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否 'color','w',. %設(shè)置背景顏色 'Resize','on'); %設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot(4,1,1); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第六個(gè)plot(t,B

25、PF_ASK,'r','linewidth',1.5);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('帶通濾波后的信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置hold on; subplot(4,1,2);plot(t,Coherent_ASK,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('與載波相乘');%簡(jiǎn)單的配置hold on; subplot(4,1,3);

26、plot(t,LPF_ASK,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('低通濾波器濾波');%簡(jiǎn)單的配置hold on;subplot(4,1,4);plot(t,Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3); %畫(huà)出相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('相干解調(diào)結(jié)果');%簡(jiǎn)單的配置hold

27、on;%-% 非相干解調(diào)%-Non_Coherent_ASK = abs(BPF_ASK);%-% 低通濾波器%-Fp = 25;Rp = 3; %5 3Fs = 45;Rs = 50; %15 60Wp = 2*pi*Fp/10000;%800Ws = 2*pi*Fs/10000;n,Wp = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wp);LPF_ASK=filter(b,a,Non_Coherent_ASK);%低通濾波器輸出%-% 抽樣判決%-Judge_value = max(LPF_ASK)/2;Non_Coherent_ASK_Out

28、= zeros(1,N);for i = 1:1:B_number %抽樣判決 if LPF_ASK( i*B_Sample_Point - B_Sample_Point/2 )> Judge_value Non_Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=1;%判為1 else Non_Coherent_ASK_Out(i-1)*B_Sample_Point +1 : i*B_Sample_Point)=0;%判為1 endend%-%繪制非相干解調(diào)的波形%-figure(4); %打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure

29、('toolbar','none',. %設(shè)置是否顯示工具欄：否 'menu','none',. %設(shè)置是否顯示菜單欄：否 'name','2ASK非相干解調(diào)過(guò)程',. %設(shè)置對(duì)話框名稱(chēng) 'NumberTitle','off',. %設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否 'color','w',. %設(shè)置背景顏色 'Resize','on'); %設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot(4,1,1); %圖形分為

30、6行1列，目前畫(huà)第六個(gè)plot(t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('帶通濾波后的信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置hold on; subplot(4,1,2);plot(t,Non_Coherent_ASK,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('全波整流');%簡(jiǎn)單的配置ho

31、ld on; subplot(4,1,3);plot(t,LPF_ASK,'r','linewidth',1);xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('低通濾波器濾波');%簡(jiǎn)單的配置hold on;subplot(4,1,4);plot(t,Non_Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3); %畫(huà)出相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title(

32、9;非相干解調(diào)結(jié)果');%簡(jiǎn)單的配置hold on;%-%繪制分析的波形%-figure(6); %打開(kāi)第二個(gè)顯示窗figure('toolbar','none',. %設(shè)置是否顯示工具欄：否 'menu','none',. %設(shè)置是否顯示菜單欄：否 'name','2ASK分析波形',. %設(shè)置對(duì)話框名稱(chēng) 'NumberTitle','off',. %設(shè)置是否顯示圖形窗口編號(hào)：否 'color','w',. %設(shè)置背景顏色 &

33、#39;Resize','on'); %設(shè)置是否可以改變窗口大小subplot(3,1,1); %圖形分為6行1列，目前畫(huà)第一個(gè)plot(t,B_Sample_array,'r','linewidth',3); %畫(huà)出二進(jìn)制基帶信號(hào)hold on; grid on; %保持圖像，使其能和下一個(gè)圖像一起顯示xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v');title('二進(jìn)制基帶信號(hào)');%簡(jiǎn)單的配置subplot(3,1,2);plot(t,Non_Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3); %畫(huà)出相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)xlabel('時(shí)間/s');ylabel('幅值/v'